一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法，本发明专利技术利用Mie散射原理分析高斯光束经过玻璃内部气泡发生散射的过程，利用CCD探测装置探测到高斯光束经过玻璃内部气泡后散射灰度图像，经过平滑及线性分环计算出散射光强随角度变化的分布曲线，利用单纯形优化算法计算出气泡的粒径大小；并通过改变CCD探测装置的测量位置得到不同位置的光强分布图，根据光强分布极值位置计算出气泡的深度。本发明专利技术为玻璃内部气泡缺陷检测提供了一种高精度的无损检测方法，可实现玻璃内部微米及亚微米量级气泡粒径及深度的精确检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法
本专利技术属于玻璃缺陷无损检测领域，尤其涉及一种基于Mie散射的平板玻璃内部气泡缺陷的检测方法。
技术介绍
气泡是玻璃中能看见的气体形态，与玻璃熔体对比，气泡属于另一种物态，在浮法玻璃中是种较难判断和解决的缺陷。气泡缺陷的存在，严重影响玻璃质量的提高。传统玻璃探测技术一般有以下两种：第一种是人工抽样的检测方法，用强集中光源，透射玻璃样品使其在屏幕上成像，与普通平板玻璃标准样板相比较，测量玻璃的缺陷，其缺点是受到人眼分辨能力等主观因素的影响，且检测速度慢，自动化程度低；第二种是在线缺陷检测系统，由光源背向照射玻璃表面，利用CCD获取缺陷图像，然后由计算机通过图像处理获得缺陷的大小及二维位置，其关键问题就是图像处理的过程，信息采集后，寻找合适的算法处理图像，其不同主要表现在图像的预处理，拼接，去噪，分割等过程。其缺点是不能直接得到缺陷深度信息，且散射的作用使所成像与缺陷自身大小不完全一致，因此不能得到缺陷精确的深度及大小信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种检测平板玻璃内部气泡缺陷的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法，包括以下步骤：(1)将532nm单色激光器1的能量调至小于0.5mW后，背光照射被测玻璃2，通过CCD探测装置4采集被测玻璃2的散射光光强，得到散射光光强的灰度图像；(2)对步骤1得到的灰度图像进行平滑及线性分环处理，利用李查逊外推加速法对不同环形分布的强度积分，得到激光束通过玻璃内部气泡的散射光强随角度变化的分布曲线A；(3)获得被测玻璃内部气泡的粒径大小，具体包括以下子步骤：(3.1)设定椭球粒子半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b，根据高斯光束对椭球粒子的Mie散射理论得到理论上的椭球粒子的散射光强随角度变化的分布曲线B，作为目标光强分布；(3.2)利用五点三次法对步骤2得到的分布曲线A进行平滑处理，将分布曲线A、B的误差值作为目标参量，利用单纯形优化算法在分布曲线B的半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b确定的目标区域内寻找半焦距长度和长短轴之比最优解，直至目标参量小于设定阈值，最后得到的最优解即为椭球粒子的粒径数值；(4)将被测玻璃在水平方向上移动距离z，获得在该位置处的散射光光强的灰度图像；通过步骤2所述方法计算该位置处的散射光强随角度变化的分布曲线C；分布曲线A、C的最大值连线与分布曲线A、C的第一极小值连线的交点即为被测玻璃内部气泡的深度h，具体公式如下：其中，z0为CCD探测装置4初始位置时与被测玻璃2的距离，z为玻璃样品的移动距离，x1，x2分别为分布曲线A、C的第一极小值位置。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：(1)本专利技术利用高斯光束照射椭球粒子的Mie散射原理分析了单色激光通过玻璃内部气泡缺陷的过程，符合实际应用中气泡缺陷检测要求，从原理上对缺陷的检测方法进行解释，有利于玻璃缺陷检测精度的提供。(2)本专利技术通过检测不同位置的光强并进行相应的数学处理，计算出玻璃内部气泡缺陷的深度。(3)本专利技术通过分析椭球型气泡缺陷前向散射光的光强分布特征计算出了气泡的粒径大小，并且Mie散射的分析可对较大范围内的粒径分布进行精确反演计算。附图说明图1为本专利技术实验装置示意图；图2为散射光强分布示意图；图3为本专利技术CCD线性分环后的示意图；图4为气泡粒径反演算法示意图；图5为本专利技术气泡缺陷深度测量示意图；图中，激光器1、被测玻璃2、第一平移台3、CCD探测装置4、第二平移台5。具体实施方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不限于此。如图1所示，本专利技术的检测装置包括激光器1、第一平移台3、CCD探测装置4和第二平移台5，第一平移台3用于移动被测玻璃2，第二平移台5用于移动CCD探测装置4。所述CCD探测装置4感光芯片为SonyIC×445，靶面尺寸为1/3英寸，像素大小为3.75um×3.75um。所述激光器为532nm单色激光器，光斑模式为TEM00模，光束直径为1.5mm，光束发散角小于1mrad。本专利技术一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法，包括以下步骤：(1)将532nm单色激光器1的能量调至小于0.5mW后，背光照射被测玻璃2，通过CCD探测装置4采集被测玻璃2的散射光光强，得到散射光光强的灰度图像，如图2所示；(2)如图3所示，对步骤1得到的灰度图像进行平滑及线性分环处理，利用李查逊外推加速法对不同环形分布的强度积分，得到激光束通过玻璃内部气泡的散射光强随角度变化的分布曲线A；(3)如图4所示，获得被测玻璃内部气泡的粒径大小，具体包括以下子步骤：(3.1)设定椭球粒子半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b，根据高斯光束对椭球粒子的Mie散射理论得到理论上的椭球粒子的散射光强随角度变化的分布曲线B，作为目标光强分布；(3.2)利用五点三次法对步骤2得到的分布曲线A进行平滑处理，将分布曲线A、B的误差值作为目标参量，利用单纯形优化算法在分布曲线B的半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b确定的目标区域内寻找半焦距长度和长短轴之比最优解，直至目标参量小于设定阈值，最后得到的最优解即为椭球粒子的粒径数值；(4)将被测玻璃在水平方向上移动距离z，获得在该位置处的散射光光强的灰度图像；通过步骤2所述方法计算该位置处的散射光强随角度变化的分布曲线C；分布曲线A、C的最大值连线与分布曲线A、C的第一极小值连线的交点即为被测玻璃内部气泡的深度h，如图5所示，具体公式如下：其中，z0为CCD探测装置4初始位置时与被测玻璃2的距离，z为玻璃样品的移动距离，x1，x2分别为分布曲线A、C的第一极小值位置。本专利技术利用Mie散射原理分析了玻璃内部气泡缺陷的散射过程，将玻璃内部气泡简化为椭球形，该简化可满足实际玻璃内部气泡缺陷的形态探测。通过理论分析，得出玻璃内部气泡散射满足Mie散射的单次不相干散射，因此在处理光强分布时不用考虑气泡间的散射影响。对CCD探测图像进行处理，通过数学方法反演计算出气泡缺陷的具体粒径值。再移动玻璃样品位置，利用不同位置处散射光强随角度变化的分布曲线的第一极小值位置计算出气泡的深度。在玻璃中气泡对光的主要作用是散射，利用可见光波段的激光照射，可用Mie散射理论进行分析。根据经验考虑到玻璃中气泡缺陷的分布，可以知道此时的Mie散射属于不相关散射，不相关散射是指只研究单个颗粒的散射特性而不考虑其他颗粒对其影响的散射，最后散射的结果可以认为是若干散射颗粒的线性叠加。满足不相关散射发生的条件是微小颗粒在均匀介质中分散的距离足够远，满足不相关散射条件的颗粒粒径分布与浓度关系如下表所示：表1满足不相关散射条件的颗粒粒径和浓度对应表颗粒直径/um0.11.010.0100.01000.0浓度/cm-31013101010710410从发生颗粒散射的入射光来源考虑，当只考虑原始入射光线时，颗粒仅是对原始光线进行散射，这种情况称为单次散射。对于光学透明的介质，要满足单次散射的条件，必须控制介质的光学厚度，光学厚度被定义为消光系数τ与光在样品中传播长度的乘积。光通过样品的衰减公式为：I＝I0e-τ式子中I，I0分别为通过样品前后的光强，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将532nm单色激光器1的能量调至小于0.5mW后，背光照射被测玻璃2，通过CCD探测装置4采集被测玻璃2的散射光光强，得到散射光光强的灰度图像；(2)对步骤1得到的灰度图像进行平滑及线性分环处理，利用李查逊外推加速法对不同环形分布的强度积分，得到激光束通过玻璃内部气泡的散射光强随角度变化的分布曲线A；(3)获得被测玻璃内部气泡的粒径大小，具体包括以下子步骤：(3.1)设定椭球粒子半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b，根据高斯光束对椭球粒子的Mie散射理论得到理论上的椭球粒子的散射光强随角度变化的分布曲线B，作为目标光强分布；(3.2)利用五点三次法对步骤2得到的分布曲线A进行平滑处理，将分布曲线A、B的误差值作为目标参量，利用单纯形优化算法在分布曲线B的半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b确定的目标区域内寻找半焦距长度和长短轴之比最优解，直至目标参量小于设定阈值，最后得到的最优解即为椭球粒子的粒径数值；(4)将被测玻璃在水平方向上移动距离z，获得在该位置处的散射光光强的灰度图像；通过步骤2所述方法计算该位置处的散射光强随角度变化的分布曲线C；分布曲线A、C的最大值连线与分布曲线A、C的第一极小值连线的交点即为被测玻璃内部气泡的深度h，具体公式如下：h=(z0+z)x1-z0x2x2-x1]]>其中，z0为CCD探测装置4初始位置时与被测玻璃2的距离，z为玻璃样品的移动距离，x1，x2分别为分布曲线A、C的第一极小值位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Mie散射检测玻璃内部气泡缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将532nm单色激光器(1)的能量调至小于0.5mW后，背光照射被测玻璃(2)，通过CCD探测装置(4)采集被测玻璃(2)的散射光光强，得到散射光光强的灰度图像；(2)对步骤(1)得到的灰度图像进行平滑及线性分环处理，利用李查逊外推加速法对不同环形分布的强度积分，得到激光束通过玻璃内部气泡的散射光强随角度变化的分布曲线A；(3)获得被测玻璃内部气泡的粒径大小，具体包括以下子步骤：(3.1)设定椭球粒子半焦距长度的初值a和长短轴之比的初值b，根据高斯光束对椭球粒子的Mie散射理论得到理论上的椭球粒子的散射光强随角度变化的分布曲线B，作为目标光强分布；(3.2)利用五点三次法对步骤(2)得到的分布曲线A进行平滑处...

【专利技术属性】
技术研发人员：张赛，汪凯巍，王晨，茹锋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33